果蔬存储温度控制系统设计Word文档下载推荐.docx
《果蔬存储温度控制系统设计Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《果蔬存储温度控制系统设计Word文档下载推荐.docx（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
年月日
计算机控制技术课程设计
果蔬存储温度控制系统设计
电气工程学院
计算机控制技术课程设计任务书
学生姓名
付鑫
专业班级
自动化0802
学号
200848280214
题目
课题性质
工程设计
课题来源
自拟课题
指导教师
臧海河
主要内容
设计一个果蔬存储温度控制系统，以保证在存储果蔬时，能够检测并调节仓库内的温度，以仓库的内的温度保持在一个稳定的范围之内，保证果蔬的存储质量。
任务要求
第1天：
熟悉课程设计任务及要求，针对课题查阅技术资料。
第2天：
确定设计方案。
要求对设计方案进行分析、比较、论证，画出方框图，并简述工作原理。
第3-4天：
按照确定的方案设计单元电路。
要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。
第5天：
撰写课程设计报告。
要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅不少于5000字。
主要参
考资料
[1]王丹．高精度温度测量仪的研究[J]．电子测量与仪器学报，2001，
（1）：
20-22
[2]李波．基于CAN总线冷库温度控制系统[M]．北京：
科技文献出版社，2003
[3]朱玉玺．计算机控制技术[M]．北京：
电子工业出版社，2010
[4]邓兴成．单片机原理与实践指导[M]．北京：
机械工业出版社，2010
审查意见
系（教研室）主任签字：
年月日
1.引言
1.1设计背景
我国北方冬季寒冷而漫长，随着人们生活水平的日益增长，对果蔬的要求也较高，因此我们需要大力推广果蔬存储来满足人们在冬天时日常生活对水果蔬菜的需要，而对果蔬储存的最重要的一个因素就是温度控制。
果蔬储存是一个对温度要求较高的过程，当温度过高时，水果和蔬菜会发变质发烂：
当温度过低时，对水果蔬菜会造成冷冻状态，失去原有的味道，所以对存储的温度要求是非常高的。
温度控制系统主要适用于药品储藏、食品储藏、水果储藏、蔬菜储藏、疫苗储藏，血液储藏等，但本设计方案主要对于水果和蔬菜的储存温度进行控制设计。
1.2设计要求
设计一个果蔬存储温度控制系统，以保证在存储果蔬时，能够检测并调节仓库内的温度，使仓库的内的温度保持在一个稳定的范围-5—+5º
C之内，误差小于5%保证果蔬的存储质量。
本设计以单片机为核心的果蔬存储温度控制系统设计，从硬件和软件的思路来分析其原理，对硬件原理图和程序流程图进行了系统的描述。
系统主要功能是检测现场温度和温度越限报警功能，实现温度的自动测量和控制，并采用PID算法，将温度控制在规定的范围内，通过显示器显示当前温度。
本设计单片机控制部分由2部分组成，第一部分是控制制冷机的制冷量，通过单片机PID算法，输出模拟信号送到变频器，来控制压缩机来控制制冷量。
第二部分是控制空调机来实现温度升高。
从而达到将存储温度控制在最佳温度范围内的控制目的。
2.课程设计的方案
2.1概述
本次设计主要是综合应用所学知识，对果蔬仓储温度系统进行设计，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。
能够较全面地巩固和应用“单片机”的基本理论和基本方法，并初步掌握小型单片机系统设计的基本方法。
系统功能介绍:
利用传感器采集现场温度，并通过A/D转换器将模拟信号转化为数字信号送入单片机中，通过PID算法将温度控制在规定范围内，从而达到对仓储温度控制的目的。
2.2系统组成总体结构
仓储储存在我国北方是比较常见的一种对水果和蔬菜的储存方法，其主要是检测仓储内部的温度，并将温度控制在规定范围内，保证水果蔬菜新鲜。
本设计温度控制以单片机为核心，选用8052芯片作为控制器件。
该温度控制系统启动后，能够按实测温度和设定温度通过单片机的运算输出信号从而控制双相晶闸管的导通角，来控制果蔬仓储冷却功率，调节温度使温度保存在设定值。
在单片机进行运算的同时会进行相应的报警判断，来决定是否输出报警信号等，采用PID控制算法，将温度控制在规定范围内，并在显示器上显示出当前温度值。
该温度控制系统分为三个部分，温度采样、主机部分和实现部分，在设计单片机结构的同时要通过PID算法求出当前仓储的温度值，利用专业知识来进行编程设计，软硬件相结合来完成本次设计，熟练掌握PID计算方法来完成温度值的求得，选用适当的单片机芯片，完成各接口的连接以及各部分的结构图和流程图，
根据各部件要求及设计思路，可得系统结构框图如图1所示。
图1系统总体框图
3.硬件设计
3.1单片机最小系统设计
本系统所需单片机最小系统如图2所示。
图2单片机最小系统图
温度控制系统主要由单片机，检测系统及变换电路、键盘、显示器、变频器、执行机构组成，采用了模块化的设计方案，组建方式灵活，具有良好的扩展性。
其结构框图如图3所示。
图3温度控制系统结构框图
该系统的性能特点：
（1）可靠性高，在系统设计中对系统可靠性作了充分的论证，同时采取了相应的解决措整个系统的可靠性高，使运行安全、可靠。
（2）控制精度高，由于对仓储温度分布进行了分析，找出最佳测量点，在设计方案上采用了开关量控制和模拟量控制以提高精确度，在硬件上采用了高精度的传感器和性能良好的集成芯片，使温度精度进一步提高满足用户对温度要求。
（3）可控点多，扩展性能良好，采用平均值算法客服了以往温控制能单点测量某一区的温度值。
3.2核心芯片的选择
目前，市场上以MCS-51系列单片机应用最广，配合其生产的芯片业最多，而且51系列以能完成本系统所需要求，价格较低，所以本系统选用51系列单片机AT89C52作为核心芯片。
AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）接口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计时器，2个双全工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。
将其通用的微处理器和Flash存储器结和再一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效的降低开发成本。
其主要功能特性如下：
（1）兼容MCS51指令系统；
（2）8K可反复擦写FlashROM
（3）32个双向I/O口
（4）256*8bit内部RAM
（5）3个16位可编程定时/计时器中断
（6）时钟频率0-24MHZ
（7）2个串行中断
（8）可编程UART串行通道
（9）2个外部中断源。
3.3A/D转换器的选择
A/D转换器采用AD5240芯片，它是采用CMOS工艺制作的单片41/2位A/D转换器，只要附加译码器，数码显示器，驱动器及电阻电容元件等。
组成一个满量程为2V的数字电压表。
AD5240主要特点如下：
（1）在每次A/D转换前，内部电路都自行进行调零操作。
（2）具有自动极性转换功能。
（3）所以输出端与TTL电路相等。
（4）有过量程和欠量程标志信号输出，可用作自动量程转换的控制信号。
（5）输出为动态扫描BCD码。
（6）.变送器，微处理器或其他控制电路连接使用。
（7）STATUS
当输出电6对外提供6个输入，输出控制信号，因此除用于数字电压表外，还能与异步接受/发压超出量程范围，STATUS将会变高，该信号在CLK信号结束时变高，在START阶段开始时变低。
（8）CLK：
时钟输入端，工作于双极性情况下，最高时钟频率为125kHZ，这时转换次数为3次每秒左右。
如果输入信号为单极性的，最高时钟频率为1kHZ，这时转换速度为25次每秒左右。
（9）R/H；
启动转换保持控制端，该端接高电平时，转换器自动连续转换。
每隔40002个时钟完成一次A/D转换。
该端为低电平时，A/D转换结束后保持转换结果，输入一个正脉冲后，重新启动转换器进行下一次转换。
双积分A/D转换工作原理
未知的输入模拟电压
进行固定的时间积分，然后转为对标准电压进行反向计分，直至计分输出返回起始值，则对标准电压积分的时间正比于模拟输入电压，输入电压大，则反向积分时间长，用高频率标准时钟脉冲来测量时间，即可以得到相应模拟电压的数字量
3.4模拟感量传器的选择
当将单片机用于做测控系统时，系统总要有被测量信号的输入通道，由计算机拾取必要的信息，对测控系统来讲，对被控对象状态的测试和对控制条件的观察也是不可缺少的环节。
对被测对象的状态的拾取，一半都离不开传感器，这是因为被测对象的状态参数往往是一种非电物理量，而计算机只是一个能识别和处理电信号的数字系统，因此利用传感器将非电物理量转换成电信号才能完成测量和控制功能。
一般情况下，一切随温度变化而物体性质也发生变化的物质均可作为温度传感器，一般真正能作为实际中使用的传感器物体可具备如下特点：
（1）物体的特性随着温度的变化有较大的变化，且变化量易于测量。
（2）对温度变化有较好的一一对应关系。
（3）性能误差及老化小，重复性好，尺寸小。
（4）有较强的耐机械、化学及热作用等特点。
（5）与被检测的温度范围和精度像适应。
（6）价格适宜，适合于批量生产。
本系统采用的温度传感器是热电阻，热电阻是温度测量中最常用的传感器，其测温区宽，测量的准确度和灵敏度都较高，尤其在高温范围内，有较高的精度，热电阻已经标准化，产品系列化，易于选用。
3.5变频器的选择
本系统采用的变频器是交流变频器，通过变频器的调速功能来改变执行机构的制冷机或空调机，从而来改变仓储内部的温度，该系统所选用的交流变频器的普通型变频器，其主要特点是变速快，结构简单易于维护，操作简单，可靠性高。
交流变频器在该系统中主要作用是来改变执行机构对温度调节的速度快慢，本系统对调节时间要求并不高，所以选用交流变频器能够达到所期望的目的，市场上普通型交流变频器的价格并不高，对本系统的成本并没有影响，所以该变频器是满足本系统的最佳变频器。
3.6LED显示与键盘电路
本系统采样三位显示作用，第一位显示温度的正负，第二位显示温度的整数位，第三位显示的是温度的小数位，根据规定的温度范围所得。
LED显示是由发光二极管组成的显示器，是智能化测量控制仪表中简单而又常用到的设备，常用来指示机器的状态或其他信息。
他的优点是价格低，寿命长，对电压电流的要求低容易实现等，因而在智能化控制仪表中得到了广泛应用。
在多位LED显示时，为了简化电路，通常将所有位的段选线相应的并联在一起，由一个8位I/O口控制，形成段选线的复用。
而各位的共阳极和共阴极分别由相应的I/O口线控制，实现各位的分时选通。
各位LED能够显示出与本位相应的显示字符，必须采用扫描显示方式，即在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态，同时，段选线上数出相应的输出码，这样同一时刻，3位LED中只有选通的那位显示数值，本系统显示精确到小数点后一位，例如通过PID检测到当前温度为零上1.5º
C时，相应的显示为，百位+、十位1、各位5。
4.软件设计
4.1单片机软件设计
本系统设计要求是能够实时的测温并显示所测得的温度以及根据要调节的温度，采用一定的算法使控制的温度与所调节的相符。
在设计该系统时，根据控制系统的实时测量，实时决策，实时控制来完成，将程序分解成模块来处理。
软件程序所要完成的任务：
（1）利用A/D来完成对俩个通道进行选择
（2）键盘扫描、识别、温度显示
（3）数据处理
（4）越限处理
（5）PID运算
图4主程序流程图
4.2系统设计流程图
本系统编程采样单片机编程，利用所学知识来完成各部分编程，本程序设计采用模化设计思路，这种设计方法特点是便于编程，调试程序，编程效率高，其基本思路是将整个控制系统的功能分解成几个相应的独立的标准模块，使其在的每一个模块完成某一特定的功能，使它们的运行不受其他模块的影响。
同时，在整个系统的主程序中，利用顺次查询方式完成数据处理，逻辑运算，功能块调试等。
尽量减少跳转指令，增强系统的可靠性。
同时，为增加数据存储的可靠性，可以采用冗余设计，对重要数据进行备份。
增加一个软件定时器，当单片机受到各种干扰而失效，因此程序跑飞，也可能使程序进入死循环，因此，可以采用程序监控技术。
5.设计总结
在我国北方人们冬天吃到新鲜的水果蔬菜比较困难，故存储水果蔬菜是非常有必要的。
而在存储的过程中整个仓库的温度是极其不好控制的。
而该系统是一种基于单片机对冷库温度进行检查控制系统，解决了存储时温度测量控制无法单单靠人力来完成的任务，提高了存储的温度控制效果，对水果蔬菜的保鲜质量有了进一步的保障。
该系统能在相应的功能上代理人为管理系统，大大的减少了劳动力，避免了人为失误而带来的经济损失，提高的产品的普遍化和经济化，使生产水平上一台阶。
在这次设计过程中出现了很多的问题，如单片机不知如何用，结构图始终达不到自己想要的状态，但经过一次次的尝试最终找到了问题所在并加以改正，得到了正确的结果。
此次设计不仅让我增长了见识，开阔了视野，更让我懂得了过程的重要。
在本次设计中，我找到了自己的许多缺点，学习知识不牢固，在硬件上的水平还比较差，没有做好理论与实际相结合。
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。
所以在以后的学习中，我要努力完善自己，尽自己最大的努力去完成专业课中的每一项任务。
回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受您们的批评与指正！
图5中断服务流程图
参考文献
附录系统原理图
升级会员 